JP2001132530A

JP2001132530A - エンジンの燃料性状判別方法

Info

Publication number: JP2001132530A
Application number: JP31475099A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Tani; 繁幸谷; Shinsuke Takahashi; 信補高橋; Toshio Ishii; 俊夫石井; Kozo Katogi; 工三加藤木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射量値と気筒流入燃料量のデータから燃
料噴射量値と気筒流入燃料量間の関係を示すモデルのモ
デルパラメータ値を推定し、その推定モデルパラメータ
値から燃料性状を判別するエンジン燃料性状判別方法を
提供する。【解決手段】フラグ変数Flagの値に従ってステップ２０
２から２０６の何れかの処理を起動する。ステップ２０
２においては現在のエンジンの運転状態が定常状態か否
かを判定する。ステップ２０３においては運転状態が加
速状態に移行したか否かを検出し、ステップ２０４では
加速状態が予め定めた状態に達するまでデータを保存す
る。ステップ２０５では記憶されたデータから燃料噴射
量Gfと気筒流入燃料量Gfeとの時系列データを計算し、
燃料噴射量Gfと気筒流入燃料量Gfe間の燃料動特性モデ
ルのモデルパラメータを推定する。ステップ２０６では
推定したモデルパラメータから使用されている燃料の燃
料性状が軽質か重質かを判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】エンジン運転時における過渡
応答の差からエンジン燃料性状を判別する燃料性状判別
方法において、特に運転状態を検出し燃料噴射量値と気
筒流入量推定値とから燃料動特性を示すモデルのモデル
パラメータ値を推定し、その推定モデルパラメータ値か
ら燃料性状を判別する燃料性状判別方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】エンジン運転時におけるエンジン燃料の
性状を判別する従来技術では、車両を加速した時の燃空
比のリーン信号から燃料性状が重質か軽質かを判別す
る。また性状センサにより燃料性状を検出する。

【０００３】加速時の燃空比のリーン信号から燃料性状
が重質か軽質かを判別する方法としては、例えば、特開
平3-111642に示される様に、加速時の燃空比のリーン側
へのずれから燃料性状が重質か標準かを判定する方法
や、特開平4-58051に示される様に、加速時にリーン信
号が所定時間以上継続した場合に重質燃料と判別する方
法がある。

【０００４】また、性状センサにより燃料性状を検出す
る方法としては、特開平3-117650に示される様に、比重
差・蒸気圧差を検出して燃料性状を判別する方法や、特
開平3-271541に示される様に、性状センサにより燃料性
状を検出する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、加速時の空燃
比センサの値から燃料性状の重軽質を判定する方法で
は、空燃比制御が行われているエンジンの場合には、燃
料噴射量変化に対して空燃比が変化しないためフューエ
ルカット時など特殊な運転状態以外では燃料性状の判別
が不可能であるという問題がある。また、燃料性状を判
別するために燃料噴射量値などに意図的な入力信号を投
入する必要があり、乗り心地に影響を及ぼす可能性もあ
るという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、フューエルカットなど特
殊な運転状態以外での従来の運転状態におけるデータを
用いてエンジン燃料の性状を判別するために、また意図
的な入力信号を投入することなくエンジン燃料の性状を
判別するために、空燃比センサ値と気筒流入空気量から
気筒流入燃料量を推定し、燃料噴射量と気筒流入燃料量
の関係を示すモデルのモデルパラメータ値を推定し、そ
の推定モデルパラメータ値から燃料性状を判別するエン
ジン燃料性状判別方法の提供である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために以下の５つの方法を用いる。

【０００８】（方法１）エンジン運転時における過渡応
答の差からエンジン燃料性状を判別する燃料性状判別方
法において、まず現在の運転状態が定常状態か否かを判
定し、定常状態と判定した場合は燃料噴射量と気筒流入
燃料量のデータ記憶を開始し、加速状態を検出した後に
一定量あるいは予め設定した状態に達するまでデータを
記憶し、燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータから燃料
系動特性に関するモデルを推定し、推定モデルから燃料
性状を判別することにより、空燃制御が行われているエ
ンジンの場合にもフューエルカットなど特殊な運転状態
だけでなく従来の運転状態におけるデータを用いてもエ
ンジン燃料の性状を判別することを可能とする。

【０００９】（方法２）エンジン運転時における過渡応
答の差からエンジン燃料性状を判別する燃料性状判別方
法において、エンジンの運転状態を１つ以上の領域に分
割し、分割された各運転状態に対応した基準モデルを予
め記憶しておき、燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータ
から現在の運転状態における燃料系動特性に関するモデ
ルを推定し、推定モデルと該基準モデルとを比較して燃
料性状を判別し、推定モデルから燃料性状を判別するこ
とにより、特殊な運転状態だけでなく従来の運転状態に
おけるデータを用いてもエンジン燃料の性状を判別する
ことを可能とし、また運転状態により変化する燃料動特
性を考慮してエンジン燃料を判別することを可能とす
る。

【００１０】（方法３）方法２おいて、２つ以上の運転
状態において燃料系動特性に関するモデルを推定し、運
転状態の変化に対する推定モデルの変化量を計算し、さ
らに運転状態の変化に対する基準モデルの変化量を計算
し、推定モデルの変化量と基準モデルの変化量とを比較
して燃料性状を判別する手段により、同型エンジン内で
もエンジン固体のバラツキにより変化する燃料動特性を
考慮してエンジン燃料を判別することを可能とする。

【００１１】（方法４）方法２及び３において、運転状
態を分割する条件として特に加減速レベル・水温・回転
数・負荷の１つ以上を用いることにより、運転状態によ
り変化する燃料動特性を考慮してエンジン燃料を判別す
ることを可能とする。

【００１２】（方法５）方法１から４において、気筒流
入燃料量を排気空燃比の計測値を用いて推定することに
より、空燃比制御が行われているエンジンの場合にもフ
ューエルカットなど特殊な運転状態だけでなく従来の運
転状態におけるデータを用いてもエンジン燃料の性状を
判別することを可能とする。

【００１３】（方法６）方法１から４において、同時に
起動しているエンジン制御プログラムの制御パラメータ
を、判別した燃料性状に対応して変更する手段により、
乗り心地を考慮して必要以上に噴射していた燃料を判別
した燃料性状に合わせて適切に噴射することが可能とな
り、また過剰噴射による悪質な排気ガスを抑制すること
が可能となる。

【００１４】（方法７）エンジン運転時における過渡応
答の差からエンジン燃料性状を推定し、推定燃料性状に
適したエンジン制御行う燃料性状適用エンジン制御方法
において、まず現在の運転状態が定常状態か否かを判定
し、定常状態と判定した場合は燃料噴射量と気筒流入燃
料量のデータ記憶を開始し、加速状態を検出した後に一
定量あるいは予め設定した状態に達するまでデータを記
憶し、燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータから燃料系
動特性に関するモデルを推定し、推定モデルの特性値か
ら燃料性状を推定し、特性値から新たな制御パラメータ
の値を計算し、同時に起動しているエンジン制御プログ
ラムの制御パラメータを変更することにより、燃料性状
を判別することなく、必要以上に噴射していた燃料を燃
料性状に合わせて適切に噴射することが可能となり、ま
た過剰噴射による悪質な排気ガスを抑制することが可能
となる。

【００１５】（方法８）方法６及び７において、現状の
制御パラメータから新たな制御パラメータに変更する際
に、急激に変更せずに任意の変化量以下で変更すること
により、燃料性状判別後の制御適用における燃料噴射量
の変化をスムースに行うことを可能にし、急激な燃料噴
射量変化による制御のハンチングなどを抑制する。

【００１６】（方法９）方法１から６において、燃料の
給油を検出し給油が検出された場合は燃料性状判別結果
を初期化することにより、給油による燃料性状の急激な
変化する場合に、制御パラメータの誤適用の危険性を低
減する。

【００１７】（方法１０）方法９において、燃料の給油
を検出する手段として、燃料計の計測値の変化から検出
することにより、給油による燃料性状の急激な変化する
場合に、制御パラメータの誤適用の危険性を低減する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１から図
１７に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明のエンジン運転時における過
渡応答を計測しエンジン燃料性状を判別する燃料性状判
別システムの全体構成図である。図１に示す通り、制御
ユニットは、CPU１０１、ROM１０２、RAM１０３、タイ
マー１０４、Ｉ／Ｏポート１０５、および、それらを接
続するバス１０６からなっている。Ｉ／Ｏポート１０５
には、アクセル踏み込み角を検出するアクセル角センサ
１０７、エンジンへの流入空気を検出する空気量センサ
１０８、回転数を検出するクランク角センサ１０９、冷
却水温を検出する水温センサ１１０、排気空燃比を検出
する空燃比センサ１１１からの信号が入力される。ま
た、Ｉ／Ｏポート１０５からは、燃料噴射器１１２への
パルス信号や、スロットル開度を目標値に制御するスロ
ットル制御装置１１３への目標開度信号が出力されるよ
うになっている。タイマー１０４は一定周期で割り込み
信号を発生し、信号に応じてＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０
２に格納されたプログラムを実行するようになってい
る。

【００２０】次に、図２のフローチャートに基いてＲＯ
Ｍに格納された燃料性状判別プログラムの処理の内容に
ついて説明する。

【００２１】実施例１として、車両運転時において運転
状態が定常状態か否かを判定し、定常状態と判定した場
合は燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータの記憶を開始
し、加速状態を検出した後に予め設定した回転数に到達
するまでデータを記憶し、その後、燃料噴射量と気筒流
入燃料量の時系列データから燃料系動特性に関するモデ
ルのモデルパラメータを推定し、予め各運転状態に対応
して構築しておいた基準モデルと推定モデルとの比較か
ら燃料性状を判別する実施例を示す。これにより加速時
の計測データから、使用している燃料の性状が重質か軽
質かを判別することが可能となり、本発明による装置を
用いた燃料性状判別結果から、別途用意されているエン
ジン制御プログラムの制御パラメータを修正することに
より、排気ガス浄化性能を高めたエンジン運転を可能と
する。

【００２２】（実施例１）以下に実施例１の処理を図２
を用いて説明する。図２は実施例１の処理のフローチャ
ートであるが、５つの処理から構築されておりフラグ変
数Flagにより現時刻で行うべき処理が示される。ステッ
プ２０１においてはフラグ変数Flagの値に従ってステッ
プ２０２・ステップ２０３・ステップ２０４・ステップ
２０５・ステップ２０６の何れかの処理を起動する。ス
テップ２０２においては現在のエンジンの運転状態が定
常状態か否かを判定する。ステップ２０３においては運
転状態が加速状態に移行したか否かを検出し、ステップ
２０４では加速状態が予め定めた状態に達するまでデー
タを保存する。ステップ２０５では記憶されたデータか
ら燃料噴射量Gfと気筒流入燃料量Gfeとの時系列データ
を計算し、燃料噴射量Gfと気筒流入燃料量Gfe間の燃料
動特性モデルのモデルパラメータを推定する。ステップ
２０６では推定したモデルパラメータから使用されてい
る燃料の燃料性状が軽質か重質かを判別する。実施例１
はこの様な処理の流れから構成されており、各処理は所
定周期（例えばここでは10ms）ごとに実行されるように
なっている。以下に図２〜図１２を用いて実施例１を詳
細に説明する。

【００２３】ステップ２０１においては、図２に示す様
にまずフラグ変数Flagの値を読込み、Flagの値が１の場
合にはステップ２０２の定常判定処理を起動し、Flagの
値が２の場合にはステップ２０３の加速検出処理を起動
し、Flagの値が３の場合にはステップ２０４の加速判定
処理を起動し、Flagの値が４の場合にはステップ２０５
のパラメータ推定処理を起動し、Flagの値が５の場合に
はステップ２０６の性状判別処理を起動する。ここでFl
agの初期値は１に設定されており、プログラム起動時に
は必ず定常判定処理ステップ２０２が起動される。以降
は、ステップ２０３から２０６の各ステップの処理中に
Flagの値が変更される。

【００２４】ステップ２０２においては、現在のエンジ
ンの状態が定常状態にあるか否かを判定する。その詳細
な処理を図３を用いて説明する。ステップ３０１〜３０
３においてエンジンの状態が定常状態にあるか否かを判
定するが、ここでは計測回転数N・冷却水温度Ｔ・気筒
流入空気量ＱＡＲの各値を使用し、N・Ｔ・ＱＡＲが一
定の場合を定常状態と考える。回転数Nはクランク角セ
ンサ１０９により計測され、冷却水温度Ｔは冷却水温度
センサ１１０により計測される、また気筒流入空気量Ｑ
ＡＲは空気量センサ１０８を用いて数１により求まる。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここでＮ・Ｔ・ＱＡＲの各値を用いて定常
状態を判定する方法としては図４に示す様に、現時刻ｋ
から一定時刻前（ここでは２０サンプル前）までの時系
列データ（回転数{N(k):i=k-20,k-19,…k}・冷却水温度
{Ｔ(k):i=k-20,k-19,…k }・気筒流入空気量{ＱＡＲ
(k):i=k-20,k-19,…k }）とその平均値（回転数平均値
ＥＮ＝ΣN(k-i)/20、冷却水温度平均値ＥＴ＝ΣＴ(k-i)
/20、気筒流入空気量平均値ＥＱ＝ΣＱＡＲ(k-i)/20）
との差が、全サンプル時刻で一定値の範囲内（例えばこ
こでは、気筒流入空気量は±1g/min、回転数は±30rp
m、冷却温度は±3℃）に入れば定常状態・１サンプルで
も違反する場合は非定常状態と判定する。定常状態にな
いと判定した場合にはそのまま処理を終了する。定常状
態にあると判定した場合にはステップ３０４へと移行す
る。ステップ３０４では現時刻から２０サンプル前まで
のデータを記憶する、例えばここでは回転数Ｎと気筒流
入空気量ＱＡＲと制御ユニット上で計算されている燃料
噴射量Ｇｆ（CPU１０１上で起動しているエンジン制御
プログラムが毎制御周期ごとに計算）と空燃比センサ１
１１で計測される空燃比値ＡＦをＲＡＭ１０３上に記憶
し、記憶後にステップ３０５へと移行する。ステップ３
０５ではフラグ変数Flagの値を２に切り替えた後に処理
を終了する。これにより次周期の処理ではステップ２０
３の加速検出処理が起動する。

【００２７】図２のステップ２０３においては、定常状
態から加速状態に移行したか否かを検出する。その詳細
な処理を図５を用いて説明する。ステップ５０１〜５０
２において、運転状態が加速状態に移行したか否かを判
定するが、ここでは回転数Nが定常状態の限界値を超え
た場合に加速状態と判定する。他にはアクセル角センサ
１１７により計測されるアクセル開度TVOの値を用い
て、定常状態でのアクセル開度平均値と比べて現時刻の
アクセル開度の値が予め定めた値以上に変化した場合に
加速状態と判定する方法も考えられる。ステップ５０１
においては、現在の回転数Ｎ(ｋ)を読み込む。ステップ
５０２では回転数N(k)と回転数平均値ＥＮ(ｋ)との差が
予め定めた限界値を超えた場合には加速状態と判定す
る。運転状態が加速状態に移行したと判定した場合には
ステップ５０３へと移行する。ステップ５０３ではフラ
グ変数Flagの値を３に切り替えた後に処理を終了する。
これにより次周期の処理ではステップ２０４の加速判定
処理が起動する。またステップ５０２において加速状態
に移行していないと判定した場合にはステップ５０４へ
と移行する。ステップ５０４ではステップ３０４と同様
に現時刻のデータを定常状態のデータに追加して記憶し
ステップ５０５へと移行する。ステップ５０５では追加
した現時刻のデータを用いて回転数平均値ＥＮ・冷却水
温度平均値ＥＴ・気筒流入空気量平均値ＥＱを数２に示
す様に更新し処理を終了する。

【００２８】

【数２】

【００２９】図２のステップ２０４においては、回転数
Ｎ(ｋ)が任意の回転数ＮＮに到達するまでを加速状態と
しデータを記憶する。所定の回転数ＮＮとしては例えば
定常状態での平均回転数ＥＮをｋ倍した値を用いたり、
平均回転数ＥＮに一定回転数（例えば1000rpm）を加算
（減算）した値を用いることが考えられる。ステップ２
０４の詳細な処理を図６を用いて説明する。ステップ６
０１では加速状態での温度変化が許容範囲内か否かを判
定する。（温度変化により燃料応答特性が変化すること
から、温度変化許容範囲を設定し大きな温度変化が有る
データは燃料性状判別に使用しない様にすることが可能
となり、燃料性状判別の誤判定を抑制することが可能と
なる。）ここでは定常状態からの温度変化（ΔT=｜T(k)
-ET｜）を計算し、その差が予め定めた温度変化許容範
囲内か否かにより判定する。許容範囲に違反する場合に
はステップ６０６へと移行し、ステップ６０６では現時
刻までに記憶したデータを削除し、ステップ６０７へと
移行する。ステップ６０７ではフラグ変数Flagの値を１
に切り替えた後に処理を終了する。これにより次周期の
処理では再びステップ２０２の定常判定処理が起動す
る。またステップ６０１において温度変化ΔTが許容範
囲内の場合にはステップ６０２へと移行する。ステップ
６０２では現時刻での回転数N・気筒流入空気量QARの変
化率を計算し、その変化率が許容範囲内か否かを判定す
る。（加速パターンにより燃料応答特性が変化すること
から、加速パターンを限定するために回転数変化率・気
筒流入空気量変化率許容範囲を設定する。これにより図
７に示す様に異常な加速パターンのデータを燃料性状判
別に使用しない様にすることが可能となり、燃料性状判
別の誤判定を抑制することが可能となる。）ここで回転
数・気筒流入空気量変化率ΔN・ΔQARは数３に示す様に
現時刻から５ステップ前までのデータを用い、その値を
直線近似した直線の傾きから求める。（ここでは５ステ
ップ前までのデータを使用するが、もっと多い又は少な
いステップを用いることも考えられる。）

【００３０】

【数３】

【００３１】数３で求めた回転数・気筒流入空気量変化
率ΔN・ΔQARと予め設定した変化率許容範囲minΔN・ma
xΔN ・minΔQAR・maxΔQARを用いて数４に示す関係式
が満されるか否かを判定することにより異常な加速パタ
ーンが有るか否かを判別する。

【００３２】

【数４】

【００３３】さらに数５に示す様に、気筒流入空気量変
化率ΔQARと回転数変化率ΔNの関係が数５に示す関係に
あるか否かにより、異常な負荷が掛かっているか否かを
判定する。（例えば、坂道を登っていたり降っている場
合には、負荷が変化し燃料動特性モデルが変更する。負
荷を限定するために回転数変化率と気筒流入空気量変化
率の関係の許容範囲を設定する。これにより同じ加速パ
ターンでも負荷が異なるデータを燃料性状判別に使用し
ない様にすることが可能となり、燃料性状判別の誤判定
を抑制することが可能となる。）

【００３４】

【数５】

【００３５】但しｋ１、ｋ２は予め定められた定数であ
る。数４および数５を満足しない場合にはステップ６０
６へと移行し記憶したデータを消去した後にステップ６
０７へと移行する。ステップ６０７においてはフラグ変
数Flagの値を１に切り替えるた後に処理を終了する。数
４および数５を満足する場合にはステップ６０４へと移
行する。ステップ６０４では現時刻の回転数Ｎ(ｋ)が所
定の回転数ＮＮに達したか否かを判定する。ここでは所
定の回転数ＮＮとして定常状態での平均回転数ＥＮに一
定回転数（例えば1000rpm）を加算した値を用いる。

【００３６】現時刻の回転数Ｎ(ｋ)が回転数ＮＮ以下の
場合にはステップ５０４へと移行し、現時刻のデータを
ROMに追加記憶して処理を終了する。現時刻の回転数Ｎ
(ｋ)が回転数ＮＮ以上の場合にはステップ６０５へと移
行する。ステップ６０５ではフラグ変数Flagの値を４に
切り替えるた後に処理を終了する。これにより燃料性状
判別用データの記憶を終了し次周期の処理ではステップ
２０５のパラメータ推定処理が起動する。

【００３７】ステップ２０５においては、ステップ２０
２〜２０４で記憶されたデータからまず気筒流入燃料量
Gfeを計算し、同定演算処理により燃料噴射量Gfと気筒
流入燃料量Gfe間の応答特性を示すモデルのモデルパラ
メータを推定する。その詳細な処理を図８を用いて説明
する。ステップ８０１〜８０４の処理は同定演算を行う
ためのデータ前処理である。まずステップ８０１では、
空燃比センサの計測遅れを補償する。空燃比センサはセ
ンサ特性として図９に示す様な計測遅れを持っているこ
とが知られている。ここでは空燃比センサ遅れの特性を
予め計測しておき、その遅れを数６に示す様な一次遅れ
系で近似する。（より高次な遅れ系に近似することも考
えられる。ここでは一次遅れの時定数Tを200msとお
く。）

【００３８】

【数６】

【００３９】数６に示す空燃比センサの遅れを用いて計
測した空燃比値AF(k)を数７の計算により補償し現時刻
の実際の空燃比値AF'(k)を推定する。

【００４０】

【数７】

【００４１】これにより計測遅れを考慮した実際の空燃
比値を推定することが可能となる。ステップ８０２で
は、計測時系列データや推定時系列データをローパスフ
ィルタに通すことによりノイズ成分を除去する。これに
より計測時に乗ったノイズやステップ８０１のセンサ遅
れ補償時に乗ったノイズを除去することが可能となり、
より良いモデルを構築することが可能となる。ここでは
予めデータに乗るノイズの特性を計測しておき、数８に
示す様なデジタルフィルタのフィルタパラメータα1,
α2,…,β1, β2を設計し、時系列データをフィルタに
通すことによりノイズ成分を除去したデータAf(k)を得
る。

【００４２】

【数８】

【００４３】ステップ８０３では、気筒流入空気量QAR
(k)と空燃比Af(k)の値から数９に示す様に気筒流入燃料
量Gfe(k)を推定する。（空燃比センサを持つエンジンの
多くは排気系に空燃比センサが設置されていることか
ら、ここでは吸気系の空燃比が計測されるまでの計測む
だ時間を回転数N(k)を用いて数９に示す様に推定し補償
することが考えられる。）

【００４４】

【数９】

【００４５】（ここでIos：計測むだ時間オフセットは
対象となるエンジンを用いて予め実験により推定し設定
しておく。）これにより気筒に流入した燃料量を推定す
ることが可能となり、燃料噴射量Gf(k)と気筒流入燃料
量Gfe(k)との関係から燃料応答特性を推定することが可
能となる。ステップ８０４では、燃料噴射量Gf(k)と気
筒流入燃料量Gfe(k)の全時系列データからトレンド成分
を除去する。（ここでトレンド成分は定常状態期間中の
時系列データから計算する。）トレンド成分としては平
均値や１次線形近似値やより高次な近似値などが考えら
れるが、ここでは平均値をトレンド成分と考えて数１０
に示す様にトレンド成分を除去する。

【００４６】

【数１０】

【００４７】（数１０でｎはステップ２０３で加速状態
を検出されるまでの定常状態のサンプル数である。）こ
のトレンド成分除去により外乱の影響を軽減してモデル
を構築することが可能となる。これらステップ８０１〜
８０４の処理により計測データ・推定データからノイズ
やトレンド成分を取り除くことが可能となり、より精度
の高い燃料動特性モデルを構築することが可能となる。

【００４８】図８のステップ８０５においては同定演算
処理により、燃料噴射量Gf(k)と気筒流入燃料量Gfe(k)
とから数１１に示すような燃料動特性を示すモデルのモ
デルパラメータ値を推定する。

【００４９】

【数１１】

【００５０】但しｑはシフトオペレータでありA(k-1)=A
(k)×[qの-1乗]の関係がある。またan、bnはA(q)、B(q)
の次数を示している。（ここでは得られるモデルが逆応
答特性を持つことを避けるためにan=4、bn=1を使用する
（=分子の次数を１次とする）が、これによりノイズの
影響から推定モデルに逆応答特性が現れることを防ぎ、
燃料性状判別処理において算出するステップ応答の精度
を確保することが可能となり、より良い燃料性状判別が
可能となる。但し、他の次数を取ることも考えられ
る。）このモデルパラメータ値は最小２乗法により、燃
料噴射量Gf(k)・気筒流入空気量Gfe(k)の時系列データ
を用いて数１２の様に求まる。

【００５１】

【数１２】

【００５２】（ここでは５つのモデルパラメータ{a1 a2
a3 a4 b0}の値が推定される。）以上の処理により、燃
料噴射量と気筒流入燃料量間の関係を示すモデルのモデ
ルパラメータ値が推定される。

【００５３】（なお、「ユーザのためのシステム同定理
論（計測自動制御学会）」に記載されている様な他の同
定手法を用いてモデルパラメータの値を推定することも
可能である。）さらにここでは、推定したモデルパラメータ値が燃料性
状判別の使用に適しているか否かを評価・判定するため
に、同定指標を持たせ燃料性状判定を行うことも考えら
れる。同定指標値としては実気筒流入燃料量とモデルを
用いてシミュレーションした気筒流入燃料量との誤差の
２乗和平均を考え、ここではこの同定指標値IPが予め定
めた閾値ε以下か以上かにより推定モデルパラメータ値
の使用が適切か不適切かを判定する。同定指標値IPの具
体的な処理としては、推定したモデルパラメータ値{a1
a2 … b0 b1 …}と燃料噴射量Gf(i)の時系列データから
気筒流入燃料シミュレーション量sGfe(ｋ)を、数１３の
処理をk=0〜mまで繰り返し演算することにより求める。
（ここでｍはGf(ｋ)およびGfe(ｋ)に時系列データ数で
ある。）

【００５４】

【数１３】

【００５５】但しここで初期(k=0)以前のsGfe値は全て0
とする。次に数１４に示す様に気筒流入燃料シミュレー
ション量sGfe(ｋ)と実際の気筒流入燃料量Gfe(ｋ)との
誤差E(ｋ)を計算し、その誤差の２乗和平均を計算する
ことにより同定指標値IPが求まる。

【００５６】

【数１４】

【００５７】数１５に示す様に同定指標値IPが閾値ε以
下か以上かにより推定モデルパラメータ値の使用が適切
か否かを判定する。（閾値εとしては予め噴射量変化に
対する気筒流入燃料量応答を計測する実験を行い、数１
３〜１４と同じ処理により同定指標値IP値を計算し、不
適切な推定モデルパラメータ値を判別するための値を設
定しておく。例えばここではε=0.01を設定する。）

【００５８】

【数１５】

【００５９】数１５を満たす場合は推定モデルパラメー
タ値の燃料性状判別への使用は適切だと判定し、ステッ
プ２０６の燃料性状判別処理に移行する。また数１５に
違反する場合には不適切だと判定し、ステップ６０６へ
と移行する。（次周期ではステップ２０２の定常判定処
理から再開する。）統計的な同定演算処理は誤差を最小
とするモデルパラメータ値を推定する処理であり、推定
モデルパラメータ値と真のモデルパラメータ値が大きく
異なる場合もある。この場合に推定モデルパラメータ値
を用いて燃料性状判別処理を行うと性状を誤って判別す
ることがあり、燃料性状判別処理の効果を充分に発揮出
来ない場合もある。同定指標値IP値を設けることによ
り、推定モデルパラメータ値と真のモデルパラメータ値
が大きく異なる不適切な場合を判別することが可能とな
り、推定モデルパラメータ値が不適切な場合には燃料性
状判別処理を省略することが可能となる。

【００６０】ステップ２０６においては、ステップ２０
５で推定されたモデルパラメータから現在使用されてい
る燃料の性状を判別する。ここでは図１１に示すよう
に、燃料性状が重質の場合と軽質の場合とで時定数Ｔの
取り得る範囲を設定し、推定モデルの時定数Ｔが重質の
範囲内に入るか軽質の範囲内に入るかを判定する。（推
定したモデルパラメータ値からなるモデルのステップ応
答、即ちステップ入力（最初が0で残り全てが1の入力信
号）に対する応答から現在の燃料応答の時定数Ｔを計算
する。この様に燃料性状を判別することにより、CPU１
０１上で起動されているエンジン制御プログラムの制御
パラメーターを燃料性状に適応して修正することが可能
となり、有害排気ガスの排出を抑制するエンジン制御が
可能となる。以下にその詳細な処理を図１０を用いて説
明する。

【００６１】ステップ１００１では、ステップ２０５で
推定したモデルパラメータ値を用いて時定数Ｔを推定す
る。まず始めに推定モデルのステップ応答sGfe(k)を計
算する。ここでステップ入力{sGf(k)：k=0→sGF(k)=0、
k≠0→sGF(k)=1｝を考えると数１６の処理をk=0〜ｍま
で繰り返し演算することにより求まる。

【００６２】

【数１６】

【００６３】但しここでのステップ応答値は、数１６に
示す様に定常ゲイン値Gainで割ることにより正規化（定
常値を１に正規化）されており、ここではステップ応答
sGfe(k)がGainの62.3％に達するサンプル時刻を時定数
Ｔとする。ステップ１００２においては、図１１の下図
に示す様に定常状態・加速パターンに対応した基準燃料
性状の時定数Ｔregを加速パターンΔＴ・回転数ＥＮ・
冷却水温度ＥＴの３次元テーブルから検索し設定する。
ここでは予め各定常状態・加速パターンにおいて噴射量
変化に対する気筒流入燃料量応答を実験により計測し、
同定手法を用いて解析し、図１１に示す様に定常状態
（加速パターンΔＴ・回転数N・冷却水温度Tの値）に対
する基準燃料性状時定数Ｔregからなるテーブルを構築
しておく。ここで加速パターンΔＴの値はステップ２０
３で加速検出を行ってからステップ２０４で加速判定を
終了するまでのサンプル数を示している。

【００６４】ステップ１００３においては、ステップ１
００１で計算された時定数Ｔとステップ１００２でテー
ブル検索された基準時定数Ｔregとを比較し、Ｔ＞Ｔreg
の場合に燃料性状を重質と判定する。あるいはＴregに
オフセットを加えた(Treg+δ)と比較することも考えら
れる。これにより、推定時定数ＴがＴreg近傍の場合の
ご判別を抑制することが可能となる。重質と判定した場
合にはステップ１００４へと移行し、燃料性状フラグPr
ogを重質（=１）に設定する。ここでは燃料性状フラグP
rogの値として、重質は１とし、判別不能は０とし、軽
質は２とする。また初期状態では０とする。重質と判定
されなかった場合にはステップ１００５へと移行する。

【００６５】ステップ１００５においては、ステップ１
００３とは逆にＴ＜Ｔregの場合に燃料性状を軽質と判
定する。軽質と判定された場合にはステップ１００６へ
と移行する。ステップ１００６においては、燃料性状フ
ラグProgを軽質（=２）に設定する。軽質と判定されな
かった場合にはステップ１００７へと移行する。ステッ
プ１００７においては、燃料性状フラグProgを判別不能
（=０）に設定する。この燃料性状フラグは別に起動し
ている制御プログラムにおいて読み込まれ、性状に適し
た制御を実行することが可能となる。

【００６６】判別後にはステップ６０６〜７へと移行し
記憶したデータを消去した後に状態フラグFlagを１とす
る。これにより次周期からは再びステップ２０２の定常
判別処理が起動する。以上の処理により時定数Ｔと基準
時定数Ｔregとの比較により燃料性状判別処理が実現さ
れる。さらにここでは、基準ステップ応答と推定モデル
のステップ応答を比較することにより燃料の性状を判別
することも考えられる。

【００６７】基準時定数Tregの代わりに図１２に示す重
・軽質のステップ応答上下限値をテーブルデータとして
持つことにより、数１５で求められたステップ応答sGfe
の値と重質・軽質ステップ応答上下限値とを比較して、
sGfeが重質ステップ応答上下限範囲内に含まれる場合を
重質と判定し、sGfeが軽質ステップ応答上下限範囲内に
含まれる場合を重質と判定する。これによりテーブルデ
ータは大きくなるが時定数による比較に比べてより厳密
に燃料性状判別を行うことが可能となる。

【００６８】以上が図２のフローチャートで示した実施
例１の処理の詳細であるが、このステップ２０１〜２０
６で示した燃料性状判別プログラムをCPU上で常に起動
させておくことにより、まず車両走行時にエンジン運転
状態の加速状態を自動検出し、加速時の燃料応答特性か
ら現在使用している燃料性状が重質か軽質かを自動判別
し、燃料性状判別プログラムとは別に起動しているエン
ジン制御プログラム中の制御パラメータを修正すること
により燃料性状に合わせたエンジン制御を可能とする。
これにより、従来はドライバーの乗り心地を考慮して必
要以上に噴射していた燃料を燃料性状に合わせて適切に
噴射することが可能となる。また過剰噴射によって発生
する悪質な排気ガスを抑制することが可能となる。また
気筒流入燃料量の値から燃料性状を判別することから、
特別な性状計測センサを使用する必要がなくなる。

【００６９】次に実施例２として、燃料性状が異なると
運転状態（例えば冷却水温度）の変化に対する特性値
（例えば時定数）の変化量に差が現れるという特徴を利
用して、燃料性状を判別する方法を以下に説明する。こ
の実施例２により、エンジンの固体差によって特性値に
バラツキが有る場合にも燃料性状判別を可能にする。

【００７０】（実施例２）ここでは燃料応答特性値とし
てステップ１００１で推定する時定数Ｔを用いる。時定
数Ｔは図１３に示す様に、燃料性状が異なると運転状態
の変化に対する特性値の変化量に差が現れる。図１３は
冷却水温度を横軸に時定数Ｔの変化量（３０℃を0とし
て）を縦軸として重質燃料・軽質燃料・基準燃料のグラ
フを示す。ここでは実施例１で示した方法により２つの
冷却水温度が異なる状態で時定数を推定しておき（例え
ば３０℃での時定数Ｔ30を推定し記憶しておき、６０℃
での時定数Ｔ60が推定された場合）その変化量の差ΔＴ
w（＝｜T30―T60｜）が基準燃料ΔＴwregよりも大きい
場合は重質、小さい場合は軽質と判定する。但し、実施
例２において各運転状態で時定数Ｔを推定する処理は実
施例１のステップ２０１〜１００１までの時定数Ｔを推
定する処理と同じである。）この実施例２の方法によ
り、エンジンの固体差に起因する特性値のバラツキの影
響（例えばエンジンの固体差によって時定数にオフセッ
トが生じる場合）を低減して精度良く燃料性状判別を行
うことを可能にする。

【００７１】次に実施例３として、燃料性状を判別した
後に性状フラグProgを用いて制御パラメータを変更し、
排気ガス浄化機能を向上する方法を、図１４に示す制御
プログラムのブロック図を用いて説明する。この実施例
３により燃料性状を判別するだけではなくて、実際にそ
の判別結果からエンジン制御を変更し、運転性を劣化す
ることなく排気ガス浄化機能が改善される。

【００７２】（実施例３）図１４は別に起動している空
燃比制御制御プログラムを示したプログラムであるが、
この処理は図１のROM１０２上に格納されている。

【００７３】図１４のブロック図に基づいて従来の空燃
比制御プログラムの処理の流れを説明する。空燃比制御
では実空燃比値を目標空燃比ＡＦ0に近づけるために噴
射量パルス幅Ｔjを決定する。まずステップ１４０１に
おいて、目標空燃比ＡＦ0と気筒流入空気量QARから数１
７に示す式により燃料噴射量Gfjを計算する。但し、図
１４に示す制御プログラムは各気筒ごとに起動してお
り、ここでjは気筒の番号を示す。

【００７４】

【数１７】

【００７５】ここで付着率Xともち去り時定数τは、ス
テップ１４０２において、燃料の付着・蒸発に寄与する
吸気管内圧Pm、回転数N、冷却水温度Ｔwの値からテーブ
ル検索し、現在の運転状態に対応したX・τが設定され
る。但し、X・τのテーブルは予め実験により分析し構
築しておく。また滞留燃料量Mfjは、ステップ１４０３
において数１８に示す差分式により更新される。但し、
この処理は、対応気筒でクランク角が吸気工程内の上死
点から下死点まで半回転する時間範囲ごとに更新され
る。

【００７６】

【数１８】

【００７７】ステップ１４０４においては、ステップ１
４０１〜１４０３において計算された燃料噴射量Gfjか
ら数１９の計算により燃料噴射パルス幅Ｔjが計算され
る。

【００７８】

【数１９】

【００７９】この様にステップ１４０１〜１４０４の処
理により噴射量パルス幅が制御される。本発明ではステ
ップ１４０２の付着率検索の処理において、燃料性状ご
とに検索テーブルを構築しておき（重質燃料・軽質燃料
・基準燃料を用いて予め実験により各燃料の付着率X・
もち去り時定数τ検索テーブルを構築する）、図１４に
示す様に、実施例１の処理により決定された性状フラグ
Propの値に従って検索テーブルを変更する。（Prop＝１
の場合：重質燃料用テーブルを使用、Prop＝２の場合：
軽質燃料用テーブルを使用、Prop＝０の場合：基準燃料
用テーブルを使用）判別した燃料性状に適した燃料噴射
量の噴射を可能とする。これにより、燃料性状を判別す
るだけではなくて、実際にその判別結果からエンジン制
御を変更し、運転性を劣化することなく排ガス浄化機能
が改善される。

【００８０】さらにここでは燃料性状の判別を重質・軽
質の２種類だけではなく、さらに重重質や軽軽質などを
加えて複数(２つ以上)の性状判別を行うことも考えら
れ、各燃料性状に対応した検索テーブルを予め用意する
ことにより、より制御性を向上することが可能である。
またさらに、燃料の性状の判別結果に適応して付着率テ
ーブルを変更するため、テーブルの検索結果に依っては
燃料噴射量Gfjが急激に変更する場合があり、急激な燃
料噴射量変化による制御のハンチングが起きるなどの問
題がある。本発明では予め制御のハンチングが起きない
燃料噴射量変化率限界maxΔGfjを設定しておき、前回の
燃料噴射量Gfj(k-1)と計算された燃料噴射量Gfj(k)との
差がmaxΔGfjよりも大きい場合には、実際に噴射する燃
料噴射量をGfj'(k)＝Gfj(k)±maxΔGfjに設定する。こ
れにより、燃料性状判別後の制御適用における燃料噴射
量の変化をスムースに行うことを可能にし、急激な燃料
噴射量変化による制御のハンチングなどを抑制する。

【００８１】次に実施例４として、実施例１の処理で燃
料性状を判別せずに、推定したモデルから直接制御パラ
メータを修正する方法を、図１５〜１７を用いて説明す
る。この実施例４により現在の燃料性状に適した制御パ
ラメータを設定し運転性を劣化することなく排ガス浄化
機能が改善する。

【００８２】（実施例４）図１５は別に起動いている空
燃比制御制御プログラムを示したプログラムであるが、
この処理は図１のROM１０２上に格納されている。

【００８３】まず図１０に示す実施例１のステップ２０
６において、燃料性状を判別する処理を省略し、図１６
に示す様に推定モデルから時定数Ｔのみを推定する。図
１７に示す様に、予め性状の異なる２つ以上の燃料につ
いて付着率検索テーブルを構築しておき（ここでは２種
類）、吸気管内圧Pm、回転数N、冷却水温度Ｔwの値から
テーブル検索により、現在の運転状態に対応したX1・τ
1・T1 ・X2・τ2・T2（ここでTiとは、性状iの燃料に関
して現在の運転状態に対応した時定数）を検索する。こ
れらの値から図１７のグラフおよび数２０に示す様な線
形近似により、現在使用している燃料の性状に対応した
付着率Xともち去り時定数τを算出する。

【００８４】

【数２０】

【００８５】この付着率Xともち去り時定数τを用いて
数１７〜１９に示す処理を行うことにより燃料噴射パル
ス幅Ｔjが決定される。この方法により、燃料性状を判
別することなく、推定モデルから直接制御パラメータを
修正することが可能となり、現在の燃料性状に適した制
御パラメータを設定し運転性を劣化することなく排気ガ
ス浄化機能を改善する。

【００８６】次に実施例５として、車両の給油を検出
し、給油を検出した場合には性状フラグを初期化する方
法を説明する。

【００８７】（実施例５）車両の給油を検出し、給油に
よる燃料性状の急激な変化に対して、制御パラメータの
誤適応を回避する。ここでは例えば燃料計の最近の変化
量、例えばここでは現時刻と１00サンプル前の値との
差；Δｆ=ｆ(k)-ｆ(k-100)を記憶しておき、最新の変化
量Δｆが所定の限界変化量Δfmax以上に変化した場合
（Δｆ＞Δfmax＞0）には、新たに給油が行われたと判
定し、性状フラグを０（判別不能）に設定する。また実
施例３〜４においてい、給油が行われたと判定した場合
には別に起動している制御プログラムの制御パラメータ
も初期のパラメータに再設定する。これにより給油によ
る燃料性状の急激な変化に対して、制御パラメータの誤
適応を回避する。

【００８８】以上に述べた本発明のエンジン制御方法を
実行するプログラムは、計算機で読取り可能な記録媒体
に格納される。

【００８９】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、本発
明の方法による燃料性状判別プログラムをCPU上で常に
起動させておくことにより、車両加速状態を自動検出し
データを記憶し、燃料噴射量と気筒流入燃料量とから現
在使用している燃料性状が重質か軽質かを判別し、燃料
性状判別プログラムとは別に起動しているエンジン制御
プログラム中の制御パラメータを修正することにより燃
料性状に合わせたエンジン制御を可能とする。これによ
り、フューエルカットなど特殊な運転状態以外での燃料
性状判別が可能となり、従来はドライバーの乗り心地を
考慮して必要以上に噴射していた燃料を燃料性状に合わ
せて適切に噴射することが可能となり、また過剰噴射に
よる悪質な排ガスを抑制することが可能となる。また空
燃比センサ値を用いて燃料性状を判別することから、特
別な性状計測センサを使用する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた燃料性状判別システムの全体構
成図である。

【図２】本発明を用いた燃料性状判別方法のフローチャ
ート図である。

【図３】定常判別処理のフローチャート図である。

【図４】運転状態の定常状態判定方法を示した図であ
る。

【図５】加速検出処理のフローチャート図である。

【図６】加速判定処理のフローチャート図である。

【図７】異常な加速パターンを示した図である。

【図８】モデルパラメータ推定処理のフローチャート図
である。

【図９】空燃比センサの計測遅れを示した図である。

【図１０】運転状態により基準時定数を検索するテーブ
ルを示した図である。

【図１１】運転状態によりステップ応答上下限を検索す
るテーブルを示した図である。

【図１２】冷却水温度変化に対する時定数変化率ΔＴの
変化を示した図である。

【図１３】定常状態により標準応答時間を設定するテー
ブルを示した図である。

【図１４】実施例３の空燃比制御制御プログラムを示し
たブロック図である。

【図１５】実施例４の空燃比制御制御プログラムを示し
たブロック図である。

【図１６】実施例４の推定モデルの時定数推定処理を示
したフローチャート図である。

【図１７】推定時定数Ｔから付着率Xともち去り時定数
τを設定するテーブルを示した図である。

【符号の説明】

１０１：CPU、１０２：ROM、１０３：RAM、１０９：ク
ランク角センサ、１１０：冷却水温度センサ、１１１：
空燃比センサ、１１２燃料噴射器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７２Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７２Ｆ 41/10 ３３０ 41/10 ３３０Ｚ 41/12 ３３０ 41/12 ３３０Ｚ (72)発明者石井俊夫茨城県ちたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者加藤木工三茨城県ちたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内Ｆターム(参考） 3G084 BA13 CA04 CA06 DA00 DA25 FA07 FA10 FA14 FA20 FA29 FA33 FA38 3G301 JA00 KA12 LA01 MA11 NA01 NA08 NB02 ND45 PA01Z PB02Z PD03Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン運転時における過渡応答の差から
エンジン燃料性状を判別する燃料性状判別方法におい
て、現在の運転状態が定常状態か否かを判定し、定常状
態と判定した場合は燃料噴射量と気筒流入燃料量のデー
タ記憶を開始し、加速状態を検出した後に一定量あるい
は予め設定した状態に達するまで前記データを記憶し、
該燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータから燃料系動特
性に関するモデルを推定し、該推定モデルから燃料性状
を判別することを特徴とするエンジン燃料性状判別方
法。
【請求項２】エンジン運転時における過渡応答の差から
エンジン燃料性状を判別する燃料性状判別方法におい
て、エンジンの運転状態を１つ以上の領域に分割し、前
記分割された各運転状態に対応した基準モデルを予め記
憶しておき、燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータから
現在の運転状態における燃料系動特性に関するモデルを
推定し、該推定モデルと該基準モデルとを比較して燃料
性状を判別することを特徴とするエンジン燃料性状判別
方法。
【請求項３】請求項２記載の判別方法において、２つ以
上の運転状態において燃料系動特性に関するモデルを推
定し、該運転状態の変化に対する該推定モデルの変化量
を計算し、さらに該運転状態の変化に対する基準モデル
の変化量を計算し、該推定モデルの変化量と該基準モデ
ルの変化量とを比較して燃料性状を判別することを特徴
とするエンジン燃料性状判別方法。
【請求項４】請求項２及び３記載の判別方法において、
運転状態を分割する条件として特に加減速レベル・水温
・回転数の１つ以上を用いることを特徴とするエンジン
燃料性状判別方法。
【請求項５】請求項１から４記載の判別方法において、
空燃比センサの値から気筒流入燃料量を推定することを
特徴とするエンジン燃料性状判別方法。
【請求項６】請求項１から４記載の判別方法において、
同時に起動しているエンジン制御プログラムの制御パラ
メータを、判別した燃料性状に対応して変更することを
特徴とするエンジン燃料性状判別方法。
【請求項７】エンジン運転時における過渡応答の差から
エンジン燃料性状を推定し、推定燃料性状に適したエン
ジン制御行う燃料性状適用エンジン制御方法において、
現在の運転状態が定常状態か否かを判定し、定常状態と
判定した場合は燃料噴射量と気筒流入燃料量のデータ記
憶を開始し、加速状態を検出した後に一定量あるいは予
め設定した状態に達するまで前記データを記憶し、該燃
料噴射量と気筒流入燃料量のデータから燃料系動特性に
関するモデルを推定し、該推定モデルの特性値から燃料
性状を推定し、該特性値から制御パラメータの値を計算
し、制御パラメータを変更することを特徴とする燃料性
状適用エンジン制御方法。
【請求項８】請求項６記載の判別方法において、現状の
制御パラメータから新たな制御パラメータに変更する際
に、所定の変化量以下で変更することを特徴とするエン
ジン燃料性状判別方法。
【請求項９】請求項１から６記載の判別方法において、
燃料の給油を検出し、給油が検出された場合は燃料性状
判別結果を初期化することを特徴とするエンジン燃料性
状判別方法。
【請求項１０】請求項９の判別方法において、燃料の給
油を検出した際に、燃料計の計測値の変化から検出する
ことを特徴とするエンジン燃料性状判別方法。
【請求項１１】エンジン運転時における過渡応答の差か
らエンジン燃料性状を判別する燃料性状判別方法を実行
するプログラムを格納した計算機で読取り可能な記録媒
体であって、前記判別方法は、現在の運転状態が定常状
態か否かを判定し、定常状態と判定した場合は燃料噴射
量と気筒流入燃料量のデータ記憶を開始し、加速状態を
検出した後に一定量あるいは予め設定した状態に達する
まで前記データを記憶し、該燃料噴射量と気筒流入燃料
量のデータから燃料系動特性に関するモデルを推定し、
該推定モデルから燃料性状を判別することを特徴とする
記録媒体。